EP4400926A1 - Werkzeugmaschine mit einem werkzeug und verfahren zur gewinnung von energie für eine kommunikationsvorrichtung in einem werkzeug einer werkzeugmaschine - Google Patents

Werkzeugmaschine mit einem werkzeug und verfahren zur gewinnung von energie für eine kommunikationsvorrichtung in einem werkzeug einer werkzeugmaschine Download PDF

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EP4400926A1
EP4400926A1 EP23151163.5A EP23151163A EP4400926A1 EP 4400926 A1 EP4400926 A1 EP 4400926A1 EP 23151163 A EP23151163 A EP 23151163A EP 4400926 A1 EP4400926 A1 EP 4400926A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
machine tool
communication device
tool
energy
operating parameters
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP23151163.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marco Balter
Dominik Volke
Hans-Joerg Rieger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hilti AG filed Critical Hilti AG
Priority to EP23151163.5A priority Critical patent/EP4400926A1/de
Publication of EP4400926A1 publication Critical patent/EP4400926A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/02—Program-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form
    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of program data in numerical form characterised by monitoring or safety
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B19/41865—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by job scheduling, process planning, material flow
    • G05B19/4187—Total factory control, i.e. centrally controlling a plurality of machines, e.g. direct or distributed numerical control [DNC], flexible manufacturing systems [FMS], integrated manufacturing systems [IMS] or computer integrated manufacturing [CIM] characterised by job scheduling, process planning, material flow by tool management
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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    • H02J50/001—Energy harvesting or scavenging
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/32—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from a charging set comprising a non-electric prime mover rotating at constant speed

Definitions

  • the present invention relates to a machine tool with a tool, wherein the tool of the machine tool comprises a communication device.
  • the communication device is designed to record operating parameters of the machine tool and/or the tool, wherein the communication device is further designed to obtain the energy required for its operation from a working process of the machine tool.
  • the invention relates to a method for obtaining energy for a communication device that is arranged in a tool of such a machine tool.
  • the machine tool can be enabled for active communication, since the operating energy for the communication device is obtained from the operation of the machine tool itself.
  • passive communication devices are known in the field of machine tools. Such passive communication devices are known to those skilled in the art in particular under the term "tag", whereby such passive tags are often associated with the use of near field communication (NFC) or RFID technology (Radio Frequency IDentification).
  • NFC near field communication
  • RFID RFID technology
  • a reader can provide energy to the tag using radio waves that it emits.
  • the tag can use the energy obtained in this way to send information if it has sufficient energy to do so.
  • the disadvantage of the known passive communication devices is that they are dependent on receiving energy from a reader. In the absence of a reader, data exchange or reading of data from the passive tag is not possible.
  • communication devices are also known in the prior art that have energy supply devices, such as batteries, and carry the energy required for their operation.
  • energy supply devices usually have Dimensions that far exceed the dimensions of a communication device.
  • the use of communication devices with energy supply devices is not possible or only possible to a limited extent, especially in areas of application where little installation space is available or where particularly thin communication devices are to be used.
  • the object underlying the present invention is to overcome the above-described deficiencies and disadvantages of the prior art and to provide a machine tool with a communication device that can work and communicate independently of a reader. Experts would also welcome it if such a communication device could be designed to be particularly space-saving and compact for integration into a tool of a machine tool.
  • a further aim of the invention is to provide a method for generating energy for a communication device that is arranged in a tool of such a machine tool, wherein the communication device should be able to work independently of the presence or absence of a reader.
  • a machine tool with a tool comprises a communication device, the communication device being designed to record operating parameters of the machine tool and/or the tool, the communication device also being designed to obtain the energy required for recording the operating parameters from a working process of the machine tool.
  • an active communication device can be used within the scope of the invention, which can be formed, for example, by an active tag or a beacon.
  • the communication device used in the context of the present invention can be designed as an active communication device, which is designed to obtain the energy required for its operation from the working process of the machine tool itself and thus to be able to exchange data independently of a reading device.
  • the preferably active communication device can be formed, for example, by an electronic Assembly can be formed, wherein in the context of the present invention the provision of a battery as a power supply device for the communication device can advantageously be dispensed with.
  • the communication device itself is able to obtain the energy required for its operation from the work process of the machine tool. In this way a very small, compact communication device can be provided which can be integrated into a tool of a machine tool in a particularly simple and uncomplicated manner. It was completely surprising that the invention makes it possible to dispense with the provision of a battery as a power supply device in a communication device.
  • a communication device which has an energy harvesting function can also be integrated into very thin tools, such as separating, cutting or sawing blades.
  • a reading device can also be provided on the machine tool and/or on the tool.
  • the communication device of the present invention is not dependent on being supplied with energy from this reading device.
  • the communication device of the present invention can also record and send operating parameters without the presence of a reader.
  • the reader is arranged in a saw arm of the machine tool if the machine tool is designed as a sawing device.
  • the communication device preferably designed as an active tag or beacon, is preferably designed to send signals on its own, i.e. "actively", without having to rely on an external power supply.
  • the invention thus turns away from machine tools in which passive tags are used that exchange information with a reader and are also supplied with energy by this.
  • passive tags are used that exchange information with a reader and are also supplied with energy by this.
  • data exchange with such passive tags is only possible if a reader is nearby.
  • passive tags as known from the prior art, no complete recording of operating parameters can be guaranteed.
  • Such complete recording of operating parameters of the machine tool and/or its tool is advantageously made possible with the present invention in that the operating energy for the communication device is obtained from the work process of the machine tool or from its operation.
  • the invention can advantageously be used in applications in which the use of a battery as an energy supply device is not possible due to insufficient installation space available. is not possible or only possible to a limited extent. It was completely surprising that the invention enables a substantially complete recording of the operating parameters of the machine tool and/or its tool without the need for a reader to be provided on the machine tool and/or its tool to supply power to the communication device. This upgrading of a machine tool for the complete recording of operating parameters in the absence of a reader represents a significant advantage of the invention.
  • the communication in the context of the present invention can be based on Bluetooth or NFC, for example.
  • the use of Bluetooth has the advantage that there can be a comparatively large distance between the communication partners, for example on the order of 10 meters (m).
  • one communication partner can be a remote control, for example.
  • the communication partners are preferably arranged on the machine tool and/or its components.
  • the extraction of energy from a working process of the machine tool can preferably also be referred to as “energy harvesting” in the sense of the invention.
  • energy harvesting it is preferred that power can be extracted from the energy generated during operation of the machine tool in order to supply the preferably actively designed communication device with energy.
  • the communication device can then use the energy extracted from the working process of the machine tool to determine and store, i.e. record, operating parameters of the machine tool and/or the tool.
  • a basic idea underlying the invention is that the energy for operating the communication device can be obtained or diverted from the work process of the machine tool as soon as the machine tool is working, i.e. is in operation.
  • the energy required for operating the communication device can preferably also be referred to as "operating energy" in the sense of the invention.
  • the preferably actively designed communication device advantageously has sufficient energy available to record operating parameters of the machine tool and/or the tool whenever the machine tool is being used. This advantageously enables essentially gapless recording of the operating parameters of the machine tool and/or the tool.
  • the work of the communication device used in the context of the present The communication device used in the invention is not dependent on any reading device from which it would obtain energy. Rather, the invention is directed precisely away from those communication systems in which a conventional, passive communication device obtains its operating energy from a reading device and cannot work without this reading device.
  • the communication device is part of the tool of the machine tool.
  • Tools of machine tools can be used in different machine tools or can be exchanged with one another, whereby in some cases the tools can even be used in machine tools from different manufacturers. If some machine tools have a reader and other machine tools do not, the operating parameters of the machine tool and/or the tool could not be recorded completely if the communication device is dependent on a power supply from a reader and the machine tool in which the tool with the passive communication device is to be used does not have a reader. These information gaps can lead to incorrect interpretation or evaluation of the recorded data, which can lead to safety risks.
  • the operating parameter can also include, for example, a reason for wear on the tool of the machine tool.
  • the reason for wear of the machine tool tool can be specified in particular in relation to a cut area (for example in the unit square meter, m 2 ) or to a running time of the machine tool.
  • the operating parameters of the machine tool and/or the tool can be recorded essentially without gaps even when the tool is used in different machine tools, regardless of whether or not there are readers in the machine tools.
  • the communication device is advantageously able to extract or divert energy from the working process of the machine tool due to its energy harvesting capability.
  • power can be extracted from the energy generated when working with the machine tool and in this way energy can be generated or extracted for the operation of the communication device.
  • working process of the machine tool can be preferred in the sense of the invention. synonymous with the phrases “operation of the machine tool” or “carrying out a work process with the machine tool”.
  • the machine tool can preferably be a saw.
  • the tool of the machine tool can be a saw blade.
  • the saw blade of the saw comprises a communication device, wherein the communication device is set up to record operating parameters of the saw and/or the saw blade, wherein the communication device is also set up to obtain the energy required for determining and storing the operating parameters from a working process of the saw.
  • energy harvesting can be used to obtain energy for electronics of the communication device.
  • the working process of the machine tool can then be referred to, for example, as "sawing” or as a "sawing process”.
  • the machine tool can also be any other machine tool with a tool, such as cutting or separating devices, drilling devices or core drilling devices, chiseling devices, hammer drills, etc.
  • the machine tool is a saw and its tool is a saw blade.
  • the saw can be a concrete saw, for example.
  • the saw blades of such saws often have segments that can have diamonds or diamond chips in order to increase the cutting performance.
  • the segments of the saw blade are pressed with great force into the concrete substrate to be worked on. This causes so-called micro-bursts that generate a basic vibration of the sawing process.
  • basic vibration when sawing with saw blades, preferably with diamonds, strong vibrations can arise, which are referred to as "basic vibration" in the context of the present invention.
  • the basic vibration is preferably caused by the sawing process and the pressing of the segmented saw blade into the substrate to be worked on.
  • the segments can, for example, be arranged at a distance on a circumference of the saw blade. In the sense of the invention, it is particularly preferred that the segments are arranged evenly on the circumference of the saw blade. Due to the preferably spaced arrangement of the segments on the circumference of the saw blade, the basic vibration of the saw blade can be superimposed by an additional mechanical vibration. Tests have shown that the frequency of this additional mechanical vibration is particularly regular, This particularly regular frequency of the additional mechanical vibration is particularly due to the essentially constant, i.e. consistent, peripheral speed of the saw blade. This applies in particular when the preferably diamond-studded segments are arranged evenly on the circumference of the saw blade.
  • the operating energy for the communication device is obtained by utilizing these vibrations of the tool, for example a saw blade.
  • the communication device can comprise an oscillatory system, which is described in more detail below:
  • the communication device comprises an oscillating system for electromagnetically obtaining energy from the working process of the machine tool.
  • the oscillating system can preferably have a magnet and a coil.
  • the oscillating system can be formed, for example, by a spring-mass system, wherein the mass of the spring-mass system can be formed by the magnet.
  • the magnet can be moved, for example, over a coil, so that a current is induced in the coil in a physically known manner and energy is obtained for the operation of the communication device (electromagnetic induction).
  • the current is induced in particular by a relative movement of the magnet and coil, wherein this relative movement is caused by the vibrations of the tool of the machine tool.
  • the relative movement is preferably caused by the vibrations of the saw blade of the saw.
  • the oscillating system can, for example, be designed such that the spring is dimensioned such that the spring oscillates at the frequency of the vibrations of the work process.
  • the spring of the oscillating spring-mass system can be dimensioned such that the frequencies of the basic vibration and/or the additional mechanical vibration are natural frequencies of the oscillating spring-mass system.
  • the frequency of the additional mechanical vibration which is advantageously particularly regular, is used to design the oscillatory system or to adjust its natural frequency.
  • the spring of the oscillatory system which is preferably designed as a spring-mass system, can be designed as a membrane, for example. In other words, the spring preferably corresponds to the membrane.
  • the communication device comprises a capacitor for storing the energy generated by the oscillating system.
  • the energy that can be obtained with the help of the magnet and the coil of the oscillating system can be used to charge a capacitor that is part of the communication device.
  • the capacitor When the capacitor is sufficiently charged, its energy can be used to "wake up" the communication device so that the communication device can start recording the operating parameters of the machine tool and/or its tool.
  • the energy of the capacitor can be used to wake up electronics in the communication device in order to start their work, i.e. recording operating parameters.
  • the wording "sufficient energy" is not an unclear wording for the person skilled in the art, because the person skilled in the art knows from experience how much energy a preferably actively designed communication device needs to record operating parameters and, if necessary, send them at regular intervals.
  • the terms “recording” and “recording” are used in the sense of the invention as a generic term for determining and storing the operating parameters.
  • the operating parameters of the machine tool and/or the tool are determined, i.e. recorded or detected, whereby the operating parameters can then be stored.
  • the communication device can comprise a memory in which the operating parameters can be stored as raw data and/or in processed form.
  • the preferably seamless recording of the operating parameters enables the operating parameters to be regularly transmitted to an external device, to a server or to a cloud and evaluated there or further processed using information technology.
  • the communication device is designed to determine and store operating parameters of the machine tool and/or the tool, wherein the communication device is further designed to obtain the energy required for the detection and storage of the operating parameters from a working process of the machine tool.
  • the operating parameters of the machine tool and/or the tool may, for example, relate to a running time of the machine tool and/or the tool or a degree of wear, a machined surface, a number of revolutions, a number of starting or Stop operations, the occurrence of misuse of the machine tool, temperature or the like, but are not limited to this.
  • the machine tool in which the machine tool is designed as a saw, heat can be generated on the preferably diamond-studded segments of the saw blade when the saw is being used.
  • the heat generated during the sawing process or the resulting temperature gradient can be used, for example, using a Peltier element to generate energy to operate the communication device.
  • the communication device can comprise a heat-converting element for thermally generating energy from the working process of the machine tool.
  • the heat-converting element can, for example, be designed as a Peltier element or comprise at least one Peltier element. This type of energy generation can be referred to as "thermal energy generation" in the sense of the invention.
  • electromagnetic radiation can also be generated.
  • This electromagnetic radiation is generated, for example, in the area of the machine tool motor, in particular due to the high nominal power of the machine tool motor.
  • the communication device can comprise a device for converting electromagnetic radiation from the working process of the machine tool, wherein the device for converting electromagnetic radiation preferably comprises at least one antenna.
  • the electromagnetic radiation which preferably arises in the area of the machine tool motor or is emitted from there, can be converted into energy for operating the communication device by at least one antenna, which is preferably part of the communication device.
  • This type of energy generation can be referred to as "electromagnetic energy generation" within the meaning of the invention.
  • the communication device can a device for converting mechanical energy from the working process of the machine tool.
  • the device for converting mechanical energy comprises at least one piezoelectric element, wherein the at least one piezoelectric element is designed to convert the torques and/or forces in the saw blade into energy for operating the communication device.
  • this preferably means that with the at least one piezoelectric element, the torques and/or forces in the saw blade, which in the sense of the invention can be summarized with the generic term "mechanical forces", can be converted into energy for recording the operating parameters of the machine tool and/or the tool.
  • This type of energy generation can be referred to as “mechanical energy generation” in the sense of the invention.
  • the energy obtained from the operation of the machine tool is obtained electromagnetically, thermally and/or mechanically.
  • electromagnettic energy generation preferably means the generation of operating energy for the communication device in the tool of the machine tool with the aid of an oscillating system whose mass is a magnet and which also comprises a coil.
  • electromagagnetic energy generation can refer to the conversion of electromagnetic radiation into operating energy for the communication device.
  • at least one antenna can be used, for example.
  • thermo energy generation means the utilization of heat that is generated during the working process of the machine tool. A Peltier element can be used for this, for example.
  • a temperature gradient is preferably utilized in thermal energy generation in order to obtain the operating energy for the communication device.
  • the term "mechanical energy generation” preferably refers to the conversion of torques and/or forces in the tool, for example in the saw blade, into operating energy for the communication device.
  • at least one piezoelectric element can be used, for example.
  • the energy obtained from the operation of the machine tool is obtained electromagnetically, thermally and/or mechanically.
  • the energy obtained from the operation of the machine tool can preferably be obtained using an oscillatory system, wherein the oscillatory system has at least one magnet and one coil.
  • the energy is obtained from the working process of the machine tool by a relative movement between the coil and the magnet.
  • the relative movement between the coil and the magnet can be generated in particular by the vibrations that arise when the machine tool is operated.
  • the vibrations that arise during work with the machine tool can be used to obtain the operating energy for the communication device for recording operating parameters of the machine tool and/or the tool.
  • FIG. 1 shows a preferred embodiment of the proposed machine tool 10 as a wall saw.
  • the wall saw 10 can be connected to a saw blade 12 for making cuts in a substrate, wherein the saw blade 12 of the wall saw 10 can be driven to rotate by a motor 26 of the wall saw 10.
  • the saw blade 12 can be at least partially surrounded by a blade guard 20 in order to protect a user of the wall saw 10 from flying particles and pieces from the substrate.
  • the blade guard 20 can be connected to the wall saw 10 via a pivot arm 22 in a movable, in particular pivotable, manner.
  • the wall saw 10 has a saw head 18 in which, for example, the control electronics 24 can be contained.
  • the control electronics 24 are preferably set up to control the wall saw 10.
  • the blade guard 20 can be held by a blade guard holder 28.
  • the saw blade 12 has a communication device 14.
  • a communication device 14 is provided on the saw blade 12.
  • the communication device 14 can, for example, be an electronic assembly designed as a tag or beacon.
  • the communication device 14 is set up to exchange data with a reader 16, wherein the reader 16 can supply the communication device 14 with energy.
  • the communication device 14 can obtain or divert the energy required for its operation from the operation of the wall saw 10.
  • the communication device 14 has an energy harvesting function.
  • the reader 16 is part of the wall saw 10 and can be arranged at different positions on the wall saw 10. Possible positions of the reader 16 on the wall saw 10 are shown in Figure 1 shown with black circles and designated with the reference number 16.
  • the proposed wall saw 10 has at least one reader 16.
  • the reader 16 can be arranged on the saw head 18, the blade guard 20, the blade guard holder 28 or the swivel arm 22 of the wall saw 10.
  • the wall saw 10 can also have more than one reader 16.
  • the wall saw 10 can be mains-operated, ie receive electrical energy from a power network.
  • the reader 16 can, for example, have its own small battery (not shown) for power supply.
  • FIG 2 shows a preferred embodiment of an oscillatory system 30.
  • the oscillatory system 30 may comprise a spring F and a magnet 32.
  • the poles of the magnet 32 are in Figure 2 marked with the letters N for North Pole and S for South Pole.
  • the magnet 32 shown is preferably a permanent magnet 32 with fixed poles N, S.
  • the spring 32 in the oscillatory system 30 can also be formed by a damper or a membrane, for example.
  • the magnet 32 can be arranged in a coil 34, the coil 34 being connected in a circuit with a capacitor 36 and/or a diode D. In other words, a circuit can be formed which comprises the coil 34, the capacitor 36 and a diode D.
  • the oscillating system 30 can be arranged or attached to a tool 12 of a machine tool 10, for example to a saw blade 12 of a saw 10.
  • vibrations V can occur, which can be determined by the oscillating system 30 and evaluated by a control device (not shown).
  • FIG 4 the use of a heat-converting element 38 on a machine tool 10 is shown.
  • the heat W can also be evaluated if a heat-converting element 38 is provided, which can be arranged or attached to a tool 12 of the machine tool 10.
  • the heat-converting element 38 can also be embedded in an electrical circuit.
  • the arrow in the bottom right area of the saw blade 12 points in Figure 4 a possible course of heat W within the saw blade 12. It is warmer at the position marked with a «plus» (+) than at a position marked with a «minus» (-).
  • Figure 4 In the curve of the heat W shown, the contact area between the saw blade 12 and the substrate U is warmer, with the heat W decreasing with increasing distance from the contact area between the saw blade 12 and the substrate U.
  • FIG 5 the use of a device 40 for converting electromagnetic radiation EMS on a machine tool 10 is shown.
  • the device 40 for converting electromagnetic radiation EMS which is shown particularly at the top left in Figure 5 can comprise a coil 34 and a capacitor 36, as well as a diode D.
  • the device 40 for converting electromagnetic radiation EMS can be arranged or attached to a saw blade 12 of the machine tool 10.
  • Electromagnetic radiation EMS which can be detected with the device 40 for converting electromagnetic radiation EMS, is shown in Figure 5 shown schematically to the left of the saw blade 12.
  • the device 42 for converting mechanical energy can be used, for example, to detect vibrations V that preferably occur in the contact area between the saw blade 12 and the substrate U.
  • the device 42 for converting mechanical energy can comprise a piezoelectric element or be formed from one.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einem Werkzeug, wobei das Werkzeug der Werkzeugmaschine eine Kommunikationsvorrichtung umfasst. Die Kommunikationsvorrichtung ist dazu eingerichtet, Betriebsparameter der Werkzeugmaschine und/oder des Werkzeugs aufzuzeichnen, wobei die Kommunikationsvorrichtung darüber hinaus dazu eingerichtet ist, die für ihren Betrieb erforderliche Energie selbst aus einem Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine zu gewinnen. In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung von Energie für eine Kommunikationsvorrichtung, die in einem Werkzeug einer solchen Werkzeugmaschine angeordnet vorliegt. Mit der Erfindung kann die Werkzeugmaschine zu einer aktiven Kommunikation ertüchtigt werden, da die Betriebsenergie für die Kommunikationsvorrichtung aus dem Betrieb der Werkzeugmaschine selbst gewonnen wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine mit einem Werkzeug, wobei das Werkzeug der Werkzeugmaschine eine Kommunikationsvorrichtung umfasst. Die Kommunikationsvorrichtung ist dazu eingerichtet, Betriebsparameter der Werkzeugmaschine und/oder des Werkzeugs aufzuzeichnen, wobei die Kommunikationsvorrichtung darüber hinaus dazu eingerichtet ist, die für ihren Betrieb erforderliche Energie selbst aus einem Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine zu gewinnen. In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung von Energie für eine Kommunikationsvorrichtung, die in einem Werkzeug einer solchen Werkzeugmaschine angeordnet vorliegt. Mit der Erfindung kann die Werkzeugmaschine zu einer aktiven Kommunikation ertüchtigt werden, da die Betriebsenergie für die Kommunikationsvorrichtung aus dem Betrieb der Werkzeugmaschine selbst gewonnen wird.
    • Hintergrund der Erfindung:
  • Im Bereich der Werkzeugmaschinen ist die Verwendung von passiven Kommunikationsvorrichtungen bekannt. Solche passiven Kommunikationsvorrichtungen kennt der Fachmann insbesondere unter der Bezeichnet "Tag", wobei solche passiven Tags häufig mit der Verwendung von Nahfeld-Kommunikation (near field communication, NFC) oder der RFID-Technologie (Radio Frequency IDentification) assoziiert werden. Dabei kann ein Lesegerät ("reader") mittels von ihm ausgesendeten Funkwellen dem Tag Energie zur Verfügung stellen. Der Tag kann die auf diese Weise erhaltene Energie verwenden, um Informationen zu senden, wenn er über ausreichend Energie dazu verfügt.
  • Nachteilig an den bekannten passiven Kommunikationsvorrichtungen ist aber, dass sie auf den Erhalt von Energie durch ein Lesegerät angewiesen sind. In der Abwesenheit eines Lesegeräts ist nachteiligerweise kein Datenaustausch oder ein Auslesen von Daten aus dem passiven Tag möglich.
  • Darüber hinaus sind im Stand der Technik auch solche Kommunikationsvorrichtungen bekannt, die über Energieversorgungsvorrichtungen, wie Batterien, verfügen und die für ihren Betrieb erforderliche Energie mit sich führen. Energieversorgungsvorrichtungen weisen aber üblicherweise Abmessungen auf, die die Abmessungen einer Kommunikationsvorrichtung bei Weitem übersteigen. Insofern ist der Einsatz von Kommunikationsvorrichtungen mit Energieversorgungsvorrichtungen vor allem in Anwendungsgebieten, in denen wenig Bauraum zur Verfügung steht oder besonders dünne Kommunikationsvorrichtungen eingesetzt werden sollen, nicht oder nur eingeschränkt möglich.
  • Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, die vorstehend beschriebenen Mängel und Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Werkzeugmaschine mit einer Kommunikationsvorrichtung bereitzustellen, die unabhängig von einem Lesegerät arbeiten und kommunizieren kann. Die Fachwelt würde es darüber hinaus begrüßen, wenn eine solche Kommunikationsvorrichtung zur Integration in ein Werkzeug einer Werkzeugmaschine besonders raumsparend und kompakt ausgebildet sein könnte. Ein weiteres Anliegen der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Gewinnung von Energie für eine Kommunikationsvorrichtung, die in einem Werkzeug einer solchen Werkzeugmaschine angeordnet vorliegt, anzugeben, wobei die Kommunikationsvorrichtung unabhängig von der Anwesenheit oder Abwesenheit eines Lesegeräts arbeiten können soll.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen zu dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
    • Beschreibung der Erfindung:
  • Erfindungsgemäß ist eine Werkzeugmaschine mit einem Werkzeug vorgesehen. Das Werkzeug umfasst der Werkzeugmaschine eine Kommunikationsvorrichtung, wobei die Kommunikationsvorrichtung dazu eingerichtet ist, Betriebsparameter der Werkzeugmaschine und/oder des Werkzeugs aufzuzeichnen, wobei die Kommunikationsvorrichtung darüber hinaus dazu eingerichtet ist, die für die Aufzeichnung der Betriebsparameter erforderliche Energie aus einem Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine zu gewinnen. Durch die Gewinnung der Betriebsenergie für die Kommunikationsvorrichtung aus dem Betrieb der Werkzeugmaschine selbst kann im Rahmen der Erfindung eine aktive Kommunikationsvorrichtung verwendet werden, die beispielsweise von einem aktiven Tag oder einem Beacon gebildet werden kann. Mit anderen Worten kann die im Kontext der vorliegenden Erfindung eingesetzte Kommunikationsvorrichtung als aktive Kommunikationsvorrichtung ausgebildet sein, die dazu eingerichtet ist, die für ihren Betrieb erforderliche Energie selbst aus dem Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine heraus zu gewinnen und damit unabhängig von einem Lesegerät Daten austauschen zu können. Die bevorzugt aktiv ausgebildete Kommunikationsvorrichtung kann beispielsweise von einer elektronischen Baugruppe gebildet werden, wobei im Kontext der vorliegenden Erfindung vorteilhafterweise auf die Vorsehung einer Batterie als Energieversorgungsvorrichtung für die Kommunikationsvorrichtung verzichtet werden kann. Dies insbesondere deshalb, weil im Kontext der vorliegenden Erfindung die Kommunikationsvorrichtung selbst in der Lage ist, die für ihren Betrieb benötigte Energie aus dem Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine zu gewinnen. Auf diese Weise kann eine sehr kleine, kompakte Kommunikationsvorrichtung bereitgestellt werden, die besonders einfach und unkompliziert in ein Werkzeug einer Werkzeugmaschine integriert werden kann. Es war vollkommen überraschend, dass durch die Erfindung auf die Vorsehung einer Batterie als Energieversorgungsvorrichtung in einer Kommunikationsvorrichtung verzichtet werden kann. Es stellt einen wesentlichen Vorteil der Erfindung dar, dass eine Kommunikationsvorrichtung, die eine Energy Harvesting-Funktion aufweist, auch in sehr dünne Werkzeuge, wie Trenn-, Schneide- oder Sägeblätter, integriert werden kann. Selbstverständlich kann auch im Kontext der vorliegenden Erfindung ein Lesegerät an der Werkzeugmaschine und/oder an dem Werkzeug vorgesehen sein. Allerdings ist die Kommunikationsvorrichtung der vorliegenden Erfindung aufgrund ihrer Energy Harvesting-Fähigkeit nicht darauf angewiesen, von diesem Lesegerät mit Energie versorgt zu werden. Stattdessen kann die Kommunikationsvorrichtung der vorliegenden Erfindung auch ohne das Vorhandensein eines Lesegeräts Betriebsparameter aufzeichnen und versenden. Es ist im Sinne der Erfindung ganz besonders bevorzugt, dass das Lesegerät in einem Sägearm der Werkzeugmaschine angeordnet vorliegt, wenn die Werkzeugmaschine als Sägevorrichtung ausgebildet ist.
  • Die bevorzugt als aktiver Tag oder Beacon ausgebildete Kommunikationsvorrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, von sich aus, d.h. «aktiv», Signale zu sende, ohne dabei auf eine fremde Energieversorgung angewiesen zu sein. Damit wendet sich die Erfindung von solchen Werkzeugmaschinen ab, bei denen passive Tags verwendet werden, die mit einem Lesegerät («reader») Informationen austauschen und von diesem auch mit Energie versorgt werden. Ein Datenaustausch ist bei solchen passiven Tags allerdings nur dann möglich, wenn ein Lesegerät in der Nähe ist. Somit kann mit passiven Tags, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, keine lückenlose Aufzeichnung von Betriebsparametern gewährleistet werden. Eine solche lückenlose Aufzeichnung von Betriebsparametem der Werkzeugmaschine und/oder ihres Werkzeugs wird vorteilafterweise mit der vorliegenden Erfindung ermöglicht, indem die Betriebsenergie für die Kommunikationsvorrichtung aus dem Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine heraus bzw. aus ihrem Betrieb heraus gewonnen wird. Die Erfindung kann vorteilhafterweise in solchen Anwendungsfällen zum Einsatz kommen, bei denen der Einsatz einer Batterie als Energieversorgungsvorrichtung aufgrund eines zu geringen zur Verfügung stehenden Bauraums nicht oder nur eingeschränkt möglich ist. Es war vollkommen überraschend, dass mit der Erfindung eine im Wesentlichen lückenlose Aufzeichnung der Betriebsparametern der Werkzeugmaschine und/oder seines Werkzeugs ermöglicht werden kann, ohne dass an der Werkzeugmaschine und/oder seinem Werkzeug ein Lesegerät zur Energieversorgung der Kommunikationsvorrichtung vorgesehen sein muss. Diese Ertüchtigung einer Werkzeugmaschine zur lückenlosen Aufzeichnung von Betriebsparametern in Abwesenheit eines Lesegeräts stellt einen wesentlichen Vorteil der Erfindung dar.
  • Die Kommunikation im Kontext der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise auf Bluetooth oder auf NFC beruhen. Die Verwendung von Bluetooth ist mit dem Vorteil verbunden, dass eine vergleichsweise große Entfernung zwischen den Kommunikationspartnern bestehen kann, beispielsweise in einer Größenordnung von 10 Metern (m). Der eine Kommunikationspartner kann in dieser Ausgestaltung der Erfindung beispielsweise von einer Fernbedienung gebildet werden. Bei der Verwendung von NFC als Kommunikationstechnologie liegen die Kommunikationspartner vorzugsweise an der Werkzeugmaschine und/oder ihren Komponenten angeordnet vor.
  • Die Gewinnung der Energie aus einem Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine kann im Sinne der Erfindung bevorzugt auch als «Energy Harvesting» bezeichnet werden. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass der während des Betriebs der Werkzeugmaschine entstehenden Energie Leistung entzogen werden kann, um die bevorzugt aktiv ausgebildete Kommunikationsvorrichtung mit Energie zu versorgen. Die Kommunikationsvorrichtung kann die aus dem Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine gewonnene Energie dann nutzen, um Betriebsparameter der Werkzeugmaschine und/oder des Werkzeugs zu ermitteln und zu speichern, d.h. aufzuzeichnen.
  • Eine Grundidee, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, dass die Energie für den Betrieb der Kommunikationsvorrichtung gewonnen bzw. aus dem Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine abgezweigt werden kann, sobald die Werkzeugmaschine arbeitet, d.h. in Betrieb ist. Die für den Betrieb der Kommunikationsvorrichtung erforderliche Energie kann im Sinne der Erfindung bevorzugt auch als «Betriebsenergie» bezeichnet werden. Aufgrund der Energiegewinnung während des Betriebs der Werkzeugmaschine steht der bevorzugt aktiv ausgebildeten Kommunikationsvorrichtung vorteilhafterweise immer dann, wenn mit der Werkzeugmaschine gearbeitet wird, ausreichend Energie zur Verfügung, um Betriebsparameter der Werkzeugmaschine und/oder des Werkzeugs aufzuzeichnen. Dadurch kann vorteilhafterweise eine im Wesentlichen lückenlose Aufzeichnung der Betriebsparameter der Werkzeugmaschine und/oder des Werkzeugs ermöglicht werden. Insbesondere ist die Arbeit der im Kontext der vorliegenden Erfindung verwendeten Kommunikationsvorrichtung nicht von einem etwaigen Lesegerät abhängig, von dem es Energie beziehen würde. Vielmehr wendet sich die Erfindung gerade von solchen Kommunikationssystemen ab, bei denen eine konventionelle, passive Kommunikationsvorrichtung ihre Betriebsenergie von einem Lesegerät bezieht und ohne dieses Lesegerät auch nicht arbeiten kann.
  • Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Kommunikationsvorrichtung Bestandteil des Werkzeugs der Werkzeugmaschine ist. Werkzeuge von Werkzeugmaschine können in unterschiedlichen Werkzeugmaschinen zum Einsatz kommen bzw. untereinander ausgetauscht werden, wobei die Werkzeuge in manchen Fällen sogar in Werkzeugmaschinen unterschiedlicher Hersteller eingesetzt werden können. Wenn nun einige Werkzeugmaschinen über ein Lesegerät verfügen und andere Werkzeugmaschinen nicht, so könnten die Betriebsparameter der Werkzeugmaschine und/oder des Werkzeugs nicht lückenlos aufgezeichnet werden, wenn die Kommunikationsvorrichtung auf eine Energieversorgung durch ein Lesegerät angewiesen ist und die Werkzeugmaschine, in der das Werkzeug mit der passiven Kommunikationsvorrichtung eingesetzt werden soll, kein Lesegerät aufweist. Durch diese Informationslücken kann es zu einer fehlerhaften Aus- oder Bewertung der aufgezeichneten Daten kommen, die zu Sicherheitsrisiken führen kann. Wenn die aufgezeichneten Betriebsparameter beispielsweise die Laufzeit einer Werkzeugmaschine und/oder des Werkzeugs betreffen, können bei nicht-lückenloser Aufzeichnung dieser Daten Warn- oder Wartungshinweise zur falschen Zeit, in der Regel verspätet, an den Nutzer der Werkzeugmaschine gesendet werden. Der Betriebsparameter kann beispielsweise auch einen Abnutzungsgrund des Werkzeugs der Werkzeugmaschine umfassen. Der Abnutzungsgrund des Werkzeugs der Werkzeugmaschine kann insbesondere bezogen auf eine geschnittene Fläche (zum Beispiel in der Einheit Quadratmeter, m2) oder auf eine Laufzeit der Werkzeugmaschine angegeben werden.
  • Im Kontext der vorliegenden Erfindung können die Betriebsparameter der Werkzeugmaschine und/oder des Werkzeugs auch bei Einsatz des Werkzeugs in unterschiedlichen Werkzeugmaschinen im Wesentlich lückenlos aufgezeichnet werden, unabhängig davon, ob in den Werkzeugmaschinen Lesegeräte vorhanden sind oder nicht. Denn die Kommunikationsvorrichtung ist durch ihre Energy Harvesting-Fähigkeit vorteilhafterweise in der Lage, Energie aus dem Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine zu gewinnen bzw. abzuzweigen. Insbesondere kann der bei der Arbeit mit der Werkzeugmaschine entstehenden Energie Leistung entzogen und auf diese Weise Energie für den Betrieb der Kommunikationsvorrichtung erzeugt bzw. gewonnen werden. Die Formulierung «Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine» kann im Sinne der Erfindung bevorzugt gleichbedeutend mit den Formulierungen «Betrieb der Werkzeugmaschine» oder «Durchführung eines Arbeitsprozesses mit der Werkzeugmaschine» verwendet werden.
  • Bei der Werkzeugmaschine kann es sich vorzugsweise um eine Säge handeln. Das Werkzeug der Werkzeugmaschine kann ein Sägeblatt sein. Es ist somit im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass das Sägeblatt der Säge eine Kommunikationsvorrichtung umfasst, wobei die Kommunikationsvorrichtung dazu eingerichtet ist, Betriebsparameter der Säge und/oder des Sägeblattes aufzuzeichnen, wobei die Kommunikationsvorrichtung darüber hinaus dazu eingerichtet ist, die für die Ermittlung und Speicherung der Betriebsparameter erforderliche Energie aus einem Arbeitsprozess der Säge zu gewinnen. Insbesondere kann durch das Energy Harvesting Energie für eine Elektronik der Kommunikationsvorrichtung gewonnen werden. Der Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine kann dann beispielsweise als «Sägen» oder als «Sägeprozess» bezeichnet werden. Selbstverständlich kann die Werkzeugmaschine auch jede andere Werkzeugmaschine mit Werkzeug sein, wie Schneid- oder Trenngeräte, Bohrgeräte oder Kernbohrgeräte, Meißelgeräte, Bohrhämmer usw.
  • Die Gewinnung der Energie für eine Kommunikationsvorrichtung, die in einem Werkzeug einer Werkzeugmaschine angeordnet vorliegt, wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels der Erfindung geschildert. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Werkzeugmaschine eine Säge und ihr Werkzeug ein Sägeblatt. Die Säge kann beispielsweise eine Betonsäge sein. Um Beton zerteilen zu können, weisen die Sägeblätter solcher Sägen häufig Segmente auf, die Diamanten oder Diamantsplitter aufweisen können, um die Schneidleistung zu erhöhen. Beim Sägen mit solchen bevorzugt diamant-besetzten Sägeblättern werden die Segmente des Sägeblattes mit hoher Kraft in den zu bearbeitenden Beton-Untergrund gedrückt. Dadurch werden sog. Mikrosprengungen hervorgerufen, die eine Grundvibration des Sägeprozesses erzeugen. Mit anderen Worten können beim Sägen mit bevorzugt diamant-besetzten Sägeblättern starke Vibrationen entstehen, die im Kontext der vorliegenden Erfindung als «Grundvibration» bezeichnet werden. Die Grundvibration entsteht vorzugsweise durch den Sägeprozess und das Hineindrücken des segmentbesetzten Sägeblattes in den zu bearbeitenden Untergrund.
  • Die Segmente können beispielsweise beabstandet auf einem Umfang des Sägeblatts angeordnet vorliegen. Es ist im Sinne der Erfindung besonders bevorzugt, dass die Segmente gleichmäßig auf dem Umfang des Sägeblatts angeordnet vorliegen. Durch die bevorzugt beabstandete Anordnung der Segmente auf dem Umfang des Sägeblatts kann die Grundvibration des Sägeblattes von einer zusätzlichen mechanischen Vibration überlagert werden. Tests haben gezeigt, dass die Frequenz dieser zusätzlichen mechanischen Vibration besonders regelmäßig ist, wobei diese besonders regelmäßige Frequenz der zusätzlichen mechanischen Vibration insbesondere auf die im Wesentlichen konstante, d.h. gleichbleibende Umfangsgeschwindigkeit des Sägeblattes zurückzuführen ist. Dies gilt vor allem dann, wenn die bevorzugt diamant-besetzten Segmente gleichmäßig auf dem Umfang des Sägeblatts angeordnet vorliegen. Es ist im Sinne der Erfindung ganz besonders bevorzugt, dass die Gewinnung der Betriebsenergie für die Kommunikationsvorrichtung unter Ausnutzung dieser Vibrationen des Werkzeugs, beispielsweise eines Sägeblattes, erfolgt. Um dies zu ermöglichen, kann die Kommunikationsvorrichtung ein schwingungsfähiges System umfassen, das im Folgenden konkreter beschrieben wird:
    Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Kommunikationsvorrichtung ein schwingungsfähiges System zur elektromagnetischen Gewinnung von Energie aus dem Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine umfasst. Vorzugsweise kann das schwingungsfähige System einen Magneten und eine Spule aufweisen. Das schwingungsfähige System kann beispielsweise von einem Feder-Masse-System gebildet werden, wobei die Masse des Feder-Masse-Systems von dem Magneten gebildet werden kann. Der Magnet kann beispielsweise über eine Spule bewegt werden, so dass in der Spule auf physikalisch bekannte Weise ein Strom induziert und Energie für den Betrieb der Kommunikationsvorrichtung gewonnen wird (elektromagnetische Induktion). Die Induzierung des Stroms erfolgt insbesondere durch eine Relativbewegung von Magnet und Spule, wobei diese Relativbewegung durch die Vibrationen des Werkzeugs der Werkzeugmaschine hervorgerufen wird.
  • In obigem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Relativbewegung vorzugsweise durch die Vibrationen des Sägeblatts der Säge hervorgerufen. Dabei kann das schwingungsfähige System beispielsweise so ausgelegt werden, dass die Feder derart dimensioniert ist, dass die Feder mit der Frequenz der Vibrationen des Arbeitsprozesses schwingt. Mit anderen Worten kann die Feder des schwingungsfähigen Feder-Masse-Systems so dimensioniert werden, dass die Frequenzen der Grundvibration und/oder der zusätzlichen mechanischen Vibration Eigenfrequenzen des schwingungsfähigen Feder-Masse-Systems sind.
  • Es ist im Sinne der Erfindung ganz besonders bevorzugt, dass die Frequenz der zusätzlichen mechanischen Vibration, die vorteilhafterweise besonders regelmäßig ist, zur Auslegung des schwingungsfähigen Systems bzw. zur Einstellung dessen Eigenfrequenz herangezogen wird. Die Feder des bevorzugt als Feder-Masse-System ausgebildeten schwingungsfähigen Systems kann beispielsweise als Membran ausgebildet sein. Mit anderen Worten entspricht die Feder vorzugsweise der Membran.
  • Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Kommunikationsvorrichtung einen Kondensator zur Speicherung der Energie, die mit dem schwingungsfähigen System erzeugt wird, umfasst. Mit anderen Worten kann mit der Energie, die mit Hilfe des Magneten und der Spule des schwingungsfähigen Systems gewonnen werden kann, ein Kondensator geladen werden, der Bestandteil der Kommunikationsvorrichtung ist. Wenn der Kondensator ausreichend aufgeladen ist, kann mit seiner Energie die Kommunikationsvorrichtung «aufgeweckt» werden, damit die Kommunikationsvorrichtung mit der Aufzeichnung der Betriebsparameter der Werkzeugmaschine und/oder seines Werkzeugs beginnen kann. Es ist im Sinne der Erfindung ganz besonders bevorzugt, dass mit der Energie des Kondensators eine Elektronik der Kommunikationsvorrichtung aufgeweckt werden kann, um mit ihrer Arbeit, d.h. der Aufzeichnung von Betriebsparametern, zu beginnen. Die Formulierung «ausreichende Energie» ist für den Fachmann keine unklare Formulierung, weil der Fachmann aufgrund seiner Erfahrung weiß, wieviel Energie eine bevorzugt aktiv ausgebildete Kommunikationsvorrichtung benötigt, um Betriebsparameter aufzuzeichnen und ggf. in regelmäßigen Zeitabständen zu versenden.
  • Die Begriffe «Aufzeichnung» und «aufzeichnen» werden im Sinne der Erfindung als Oberbegriff für das Ermitteln und Speichern der Betriebsparameter verwendet. Vorzugsweise werden im Rahmen der Aufzeichnung der Betriebsparameter die Betriebsparameter der Werkzeugmaschine und/oder des Werkzeugs ermittelt, d.h. erfasst oder detektiert, wobei die Betriebsparameter anschließend gespeichert werden können. Dazu kann die Kommunikationsvorrichtung einen Speicher umfassen, in dem die Betriebsparameter als Rohdaten und/oder in verarbeiteter Form abgespeichert werden können. Insbesondere ermöglicht die bevorzugt lückenlose Aufzeichnung der Betriebsparameter, dass die Betriebsparameter regelmäßig an eine externe Vorrichtung, an einen Server oder in eine Cloud übertragen und dort ausgewertet oder informationstechnologisch weiterverarbeitet werden können.
  • Es ist somit im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Kommunikationsvorrichtung dazu eingerichtet ist, Betriebsparameter der Werkzeugmaschine und/oder des Werkzeugs zu ermitteln und zu speichern, wobei die Kommunikationsvorrichtung darüber hinaus dazu eingerichtet ist, die für die Erfassung und Speicherung der Betriebsparameter erforderliche Energie aus einem Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine zu gewinnen.
  • Die Betriebsparameter der Werkzeugmaschine und/oder des Werkzeugs können beispielsweise eine Laufzeit der Werkzeugmaschine und/oder des Werkzeugs betreffen oder einen Abnutzungsgrad, eine bearbeitete Fläche, eine Anzahl von Umdrehungen, eine Anzahl von Start- oder Stop-Vorgängen, das Vorkommen eines Falschgebrauchs der Werkzeugmaschine, eine Temperatur oder dergleichen, ohne darauf beschränkt zu sein.
  • Neben der elektromagnetischen Gewinnung von Energie für den Betrieb der Kommunikationsvorrichtung mit Hilfe des schwingungsfähigen Systems können im Kontext der vorliegenden Erfindung auch anderen Verfahren zur Energiegewinnung eingesetzt werden. Beispielsweise kann in obigem Ausführungsbeispiel, in dem die Werkzeugmaschine als Säge ausgebildet ist, Wärme an den bevorzugt diamantbesetzten Segmenten des Sägeblatts entstehen, wenn mit der Säge gearbeitet wird. Die beim Sägeprozess entstehende Wärme bzw. der entstehende Temperaturgradient kann beispielsweise unter Verwendung eines Peltier-Elements genutzt werden, um Energie zum Betrieb der Kommunikationsvorrichtung zu gewinnen. In diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Kommunikationsvorrichtung ein wärmeumwandelndes Element zur thermischen Gewinnung von Energie aus dem Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine umfassen. Das wärmeumwandelnde Element kann zum Beispiel als Peltier-Element ausgebildet sein oder mindesten ein Peltier-Element umfassen. Diese Art der Energiegewinnung kann im Sinne der Erfindung als «thermische Energiegewinnung» bezeichnet werden.
  • Bei Betrieb der Werkzeugmaschine kann darüber hinaus elektromagnetische Strahlung entstehen. Diese elektromagnetische Strahlung entsteht beispielsweise im Bereich des Motors der Werkzeugmaschine, insbesondere aufgrund der hohen nominalen Leistung des Werkzeugmaschinen-Motors. Zur Umwandlung dieser elektromagnetischen Strahlung in Energie für den Betrieb der Kommunikationsvorrichtung kann die Kommunikationsvorrichtung eine Vorrichtung zur Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung aus dem Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine umfassen, wobei die Vorrichtung zur Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung vorzugsweise mindestens eine Antenne umfasst. Mit anderen Worten kann die elektromagnetische Strahlung, die vorzugsweise im Bereich des Motors der Werkzeugmaschine entsteht bzw. von dort abgestrahlt wird, von mindestens einer Antenne, die vorzugsweise Bestandteil der Kommunikationsvorrichtung ist, in Energie zum Betrieb der Kommunikationsvorrichtung umgewandelt werden. Diese Art der Energiegewinnung kann im Sinne der Erfindung als «elektromagnetische Energiegewinnung» bezeichnet werden.
  • Um das Werkzeug während des Arbeitsprozesses in dem zu bearbeitenden Untergrund zu bewegen, ist ein relativ hohes Drehmoment erforderlich. Diese hohen Drehmomente, die vorzugsweise Kräfte im Sägeblatt darstellen, können von einer Vorrichtung zur Umwandlung von mechanischer Energie aus dem Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine in eine Energie zum Betrieb der Kommunikationsvorrichtung umgewandelt werden. Mit anderen Worten kann die Kommunikationsvorrichtung eine Vorrichtung zur Umwandlung von mechanischer Energie aus dem Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine umfassen. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Vorrichtung zur Umwandlung von mechanischer Energie mindestens ein piezoelektrisches Element umfasst, wobei das mindestens eine piezoelektrische Element dazu eingerichtet ist, die Drehmomente und/oder Kräfte im Sägeblatt in Energie zum Betrieb der Kommunikationsvorrichtung umzuwandeln. Das bedeutet im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass mit dem mindestens einen piezoelektrischen Element die Drehmomente und/oder Kräfte im Sägeblatt, die im Sinne der Erfindung mit dem Oberbegriff «mechanische Kräfte» zusammengefasst werden können, in Energie zum Aufzeichnen der Betriebsparameter der Werkzeugmaschine und/oder des Werkzeugs umgewandelt werden können. Diese Art der Energiegewinnung kann im Sinne der Erfindung als «mechanische Energiegewinnung» bezeichnet werden.
  • Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Energie, die aus dem Betrieb der Werkzeugmaschine gewonnen wird, elektromagnetisch, thermisch und/oder mechanisch gewonnen wird. Mit dem Begriff «elektromagnetische» Energiegewinnung ist vorzugsweise die Gewinnung der Betriebsenergie für die Kommunikationsvorrichtung im Werkzeug der Werkzeugmaschine mit Hilfe eines schwingungsfähigen Systems gemeint, dessen Masse ein Magnet ist und das darüber hinaus eine Spule umfasst. Des Weiteren kann mit dem Begriff «elektromagnetische Energiegewinnung» die Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung in Betriebsenergie für die Kommunikationsvorrichtung bezeichnet werden. Für diese Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung in Energie für die Kommunikationsvorrichtung kann beispielsweise mindestens eine Antenne verwendet werden. Mit dem Begriff «thermische Energiegewinnung» ist die Ausnutzung von Wärme, die beim Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine entsteht, gemeint. Dazu kann beispielsweise ein Peltier-Element verwendet werden. Vorzugsweise wird bei der thermischen Energiegewinnung ein Temperaturgradient ausgenutzt, um die Betriebsenergie für die Kommunikationsvorrichtung zu erhalten. Mit dem Begriff «mechanische Energiegewinnung» ist vorzugsweise die Umwandlung von Drehmomenten und/oder von Kräften im Werkzeug, beispielsweise im Sägeblatt, in Betriebsenergie für die Kommunikationsvorrichtung gemeint. Für diese Umwandlung von mechanischen Kräften in eine Betriebsenergie für die Kommunikationsvorrichtung kann beispielsweise mindestens ein piezoelektrisches Element verwendet werden.
  • In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Gewinnung von Energie für eine Kommunikationsvorrichtung, die in einem Werkzeug einer vorgeschlagenen Werkzeugmaschine angeordnet vorliegt. Die Definitionen, technischen Wirkungen und Vorteile, die für die Werkzeugmaschine beschrieben wurden, gelten für das vorgeschlagene Energiegewinnungsverfahren analog. Das Verfahren zum Energy Harvesting im Kontext einer Werkzeugmaschine ist durch die folgenden Verfahrensschritte gekennzeichnet:
    1. a) Bereitstellung der Werkzeugmaschine mit einem Werkzeug, wobei das Werkzeug eine Kommunikationsvorrichtung umfasst,
    2. b) Betrieb der Werkzeugmaschine,
    3. c) Gewinnung von Energie aus dem Betrieb der Werkzeugmaschine durch die Kommunikationsvorrichtung,
    4. d) Aufzeichnung von Betriebsparametern der Werkzeugmaschine und/oder des Werkzeugs durch die Kommunikationsvorrichtung, wobei die für die Aufzeichnung der Betriebsparameter erforderliche Energie von der Kommunikationsvorrichtung aus dem Betrieb der Werkzeugmaschine gewonnen wird.
  • Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Energie, die aus dem Betrieb der Werkzeugmaschine gewonnen wird, elektromagnetisch, thermisch und/oder mechanisch gewonnen wird. Vorzugsweise kann die Energie, die aus dem Betrieb der Werkzeugmaschine gewonnen wird, unter Verwendung eines schwingungsfähigen Systems gewonnen werden, wobei das schwingungsfähige System zumindest einen Magneten und eine Spule aufweist. Es ist im Sinne der Erfindung ganz besonders bevorzugt, dass die Energie aus dem Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine durch eine Relativbewegung zwischen Spule und Magnet gewonnen wird. Dabei kann die Relativbewegung zwischen Spule und Magnet insbesondere durch die Vibrationen, die bei Betrieb der Werkzeugmaschine entstehen, erzeugt werden. Mit anderen Worten können in dieser Ausführungsform der Erfindung die Vibrationen, die während der Arbeit mit der Werkzeugmaschine entstehen, ausgenutzt, um die Betriebsenergie für die Kommunikationsvorrichtung zur Aufzeichnung von Betriebsparametern der Werkzeugmaschine und/oder des Werkzeugs zu gewinnen.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • In den Figuren sind gleiche und gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    Ansicht einer bevorzugten Ausgestaltung des mobilen Energiespeichers
    Fig. 2
    Ansicht einer bevorzugten Ausgestaltung eines schwingungsfähigen Systems
    Fig. 3
    Verwendung eines schwingungsfähigen Systems an einer Werkzeugmaschine
    Fig. 4
    Verwendung eines wärmeumwandelnden Elements an einer Werkzeugmaschine
    Fig. 5
    Verwendung einer Vorrichtung zur Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung an einer Werkzeugmaschine
    Fig. 6
    Verwendung einer Vorrichtung zur Umwandlung von mechanischer Energie an einer Werkzeugmaschine
    Ausführungsbeispiele und Figurenbeschreibung:
  • Figur 1 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung der vorgeschlagenen Werkzeugmaschine 10 als Wandsäge. Die Wandsäge 10 kann zum Einbringen von Schnitten in einen Untergrund mit einem Sägeblatt 12 verbunden werden, wobei das Sägeblatt 12 der Wandsäge 10 von einem Motor 26 der Wandsäge 10 zu einer Drehbewegung angetrieben werden kann. Während des Betriebs der Wandsäge 10 kann das Sägeblatt 12 zumindest teilweise von einem Blattschutz 20 umgeben sein, um einen Nutzer der Wandsäge 10 vor herumfliegenden Partikeln und Stücken aus dem Untergrund zu schützen. Der Blattschutz 20 kann über einen Schwenkarm 22 beweglich, insbesondere schwenkbar, mit der Wandsäge 10 verbunden vorliegen. Darüber hinaus weist die Wandsäge 10 einen Sägekopf 18 auf, in dem beispielsweise die Steuerelektronik 24 der enthalten sein kann. Die Steuerelektronik 24 ist vorzugsweise zur Steuerung der Wandsäge 10 eingerichtet. Der Blattschutz 20 kann von einem Blattschutzhalter 28 gehalten werden.
  • In dem in Figur 1 abgebildeten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Sägeblatt 12 eine Kommunikationsvorrichtung 14 auf. Das bedeutet im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass an dem Sägeblatt 12 eine Kommunikationsvorrichtung 14 vorgesehen ist. Die Kommunikationsvorrichtung 14 kann beispielsweise eine elektronische Baugruppe darstellen, die als Tag oder Beacon ausgebildet ist. Die Kommunikationsvorrichtung 14 ist dazu eingerichtet, mit einem Lesegerät 16 Daten auszutauschen, wobei das Lesegerät 16 die Kommunikationsvorrichtung 14 mit Energie versorgen kann. Es ist im Sinne der Erfindung allerdings besonders bevorzugt, dass die Kommunikationsvorrichtung 14 die für ihren Betrieb erforderliche Energie aus dem Betrieb der Wandsäge 10 gewinnen bzw. abzweigen kann. In dieser Ausgestaltung der Erfindung weist die Kommunikationsvorrichtung 14 eine Energy Harvesting-Funktion auf.
  • Das Lesegerät 16 ist Bestandteil der Wandsäge 10 und kann an verschiedenen Positionen an der Wandsäge 10 angeordnet vorliegen. Mögliche Positionen des Lesegeräts 16 an der Wandsäge 10 sind in Figur 1 mit schwarzen Kreisen dargestellt und mit dem Bezugszeichen 16 bezeichnet. Die vorgeschlagene Wandsäge 10 weist mindestens ein Lesegerät 16. Insbesondere kann das Lesegerät 16 an dem Sägekopf 18, dem Blattschutz 20, dem Blattschutzhalter 28 oder dem Schwenkarm 22 der Wandsäge 10 angeordnet vorliegen. Die Wandsäge 10 kann aber auch mehr als ein Lesegerät 16 aufweisen. Beispielsweise kann die Wandsäge 10 netzbetrieben sein, d.h. elektrische Energie von einem Stromnetz erhalten. Das Lesegerät 16 kann beispielsweise eine eigene kleine Batterie (nicht dargestellt) zur Energieversorgung aufweisen.
  • Figur 2 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung eines schwingungsfähigen Systems 30. Das schwingungsfähige System 30 kann eine Feder F und einen Magneten 32 umfassen. Die Pole des Magneten 32 sind in Figur 2 mit den Buchstaben N für Nordpol und S für Südpol gekennzeichnet. Bei dem in Figur 2 dargestellten Magneten 32 handelt es sich vorzugsweise um einen Dauermagneten 32 mit festen Polen N, S. Die Feder 32 in dem schwingungsfähigen System 30 kann beispielsweise auch von einem Dämpfer oder einer Membran gebildet werden. Der Magnet 32 kann in einer Spule 34 angeordnet vorliegen, wobei die Spule 34 in einem Stromkreis mit einem Kondensator 36 und/oder einer Diode D verbunden ist. Mit anderen Worten kann ein Stromkreis gebildet werden, der die Spule 34, den Kondensator 36 und eine Diode D umfasst.
  • Wie in Figur 3 abgebildet, kann das schwingungsfähige System 30 an einem Werkzeug 12 einer Werkzeugmaschine 10, beispielsweise an einem Sägeblatt 12 eines Säge 10, angeordnet bzw. angebracht vorliegen. Wenn das Sägeblatt 12 den Untergrund U berührt, um diesen zu schneiden, kann es zu Vibrationen V kommen, die von dem schwingungsfähigen System 30 ermittelt und von einer Steuereinrichtung (nicht dargestellt) ausgewertet werden können.
  • In Figur 4 ist die Verwendung eines wärmeumwandelnden Elements 38 an einer Werkzeugmaschine 10 dargestellt. Bei der Bearbeitung des Untergrunds U durch ein Werkzeug 12 der Werkzeugmaschine 10 können nicht nur Vibrationen V, sondern auch Wärme W entstehen. Vorteilhafterweise kann auch die Wärme W ausgewertet werden, wenn ein wärmeumwandelndes Elements 38 bereitgestellt wird, das an einem Werkzeug 12 der Werkzeugmaschine 10 angeordnet bzw. angebracht vorliegen kann. Das wärmeumwandelnde Element 38 kann ebenfalls in einem Stromkreis eingebettet vorliegen. Der Pfeil im Bereich unten rechts des Sägeblattes 12 deutet in Figur 4 einen möglichen Verlauf der Wärme W innerhalb des Sägeblattes 12 an. Dabei ist es an der Position, die mit einem «Plus» (+) gekennzeichnet ist, wärmer als an einer Position, die mit einem «Minus» (-) gekennzeichnet ist. Bei dem in Figur 4 dargestellten Verlauf der Wärme W ist der Kontaktbereich zwischen Sägeblatt 12 und Untergrund U wärmer, wobei die Wärme W mit zunehmendem Abstand vom Kontaktbereich zwischen Sägeblatt 12 und Untergrund U abnimmt.
  • In Figur 5 ist die Verwendung einer Vorrichtung 40 zur Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung EMS an einer Werkzeugmaschine 10 dargestellt. Die Vorrichtung 40 zur Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung EMS, die insbesondere oben links in Figur 5 abgebildet ist, kann eine Spule 34 und einen Kondensator 36, sowie eine Diode D umfassen. Die Vorrichtung 40 zur Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung EMS kann an einem Sägeblatt 12 der Werkzeugmaschine 10 angeordnet bzw. angebracht vorliegen. Elektromagnetische Strahlung EMS, die mit der Vorrichtung 40 zur Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung EMS erfasst werden kann, ist in Figur 5 links neben dem Sägeblatt 12 schematisch dargestellt.
  • In Figur 6 ist die Verwendung einer Vorrichtung 42 zur Umwandlung von mechanischer Energie an einer Werkzeugmaschine 10 dargestellt. Mit der Vorrichtung 42 zur Umwandlung von mechanischer Energie können beispielsweise Vibrationen V, die vorzugsweise im Kontaktbereich zwischen Sägeblatt 12 und Untergrund U auftreten, erfasst werden. Beispielsweise kann die Vorrichtung 42 zur Umwandlung von mechanischer Energie ein piezoelektrisches Element umfassen oder aus einem solchen gebildet sein.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Werkzeugmaschine, beispielsweise Wandsäge
    12
    Werkzeug der Werkzeugmaschine, beispielsweise Sägeblatt
    14
    Kommunikationsvorrichtung
    16
    Lesegerät
    18
    Sägekopf
    20
    Blattschutz
    22
    Schwenkarm
    24
    Steuerelektronik
    26
    Motor der Werkzeugmaschine bzw. der Wandsäge
    28
    Blattschutzhalter
    30
    schwingungsfähiges System
    32
    Magnet
    34
    Spule
    36
    Kondensator
    38
    wärmeumwandelndes Element
    40
    Vorrichtung zur Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung
    42
    Vorrichtung zur Umwandlung von mechanischer Energie
    D
    Diode
    F
    Feder
    U
    Untergrund
    V
    Vibrationen
    N
    Nordpol eines Magneten
    S
    Südpol eines Magneten
    W
    Wärme
    EMS
    elektromagnetische Strahlung

Claims (15)

  1. Werkzeugmaschine (10) mit einem Werkzeug (12),
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das Werkzeug (12) der Werkzeugmaschine (10) eine Kommunikationsvorrichtung (14) umfasst, wobei die Kommunikationsvorrichtung (14) dazu eingerichtet ist, Betriebsparameter der Werkzeugmaschine (10) und/oder des Werkzeugs (12) aufzuzeichnen, wobei die Kommunikationsvorrichtung (14) darüber hinaus dazu eingerichtet ist, die für die Aufzeichnung der Betriebsparameter erforderliche Energie aus einem Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine (10) zu gewinnen.
  2. Werkzeugmaschine (10) nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kommunikationsvorrichtung (14) als aktive Kommunikationsvorrichtung ausgebildet ist.
  3. Werkzeugmaschine (10) nach Anspruch 1 oder 2
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kommunikationsvorrichtung (14) ein schwingungsfähiges System (30) zur elektromagnetischen Gewinnung von Energie aus dem Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine (10) umfasst.
  4. Werkzeugmaschine (10) nach 3
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das schwingungsfähige System (30) einen Magneten (32) und eine Spule (34) aufweist.
  5. Werkzeugmaschine (10) nach Anspruch 3 oder 4
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kommunikationsvorrichtung (14) einen Kondensator (36) zur Speicherung der Energie, die mit dem schwingungsfähigen System (30) erzeugt wird, umfasst.
  6. Werkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kommunikationsvorrichtung (14) ein wärmeumwandelndes Element (38) zur thermischen Gewinnung von Energie aus dem Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine (10) umfasst.
  7. Werkzeugmaschine (10) nach Anspruch 6
    dadurch gekennzeichnet, dass
    das wärmeumwandelnde Element (38) als Peltier-Element ausgebildet ist oder mindestens ein Peltier-Element umfasst.
  8. Werkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kommunikationsvorrichtung (14) eine Vorrichtung (40) zur Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung aus dem Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine (10) umfasst.
  9. Werkzeugmaschine (10) nach Anspruch 8
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Vorrichtung (40) zur Umwandlung von elektromagnetischer Strahlung mindestens eine Antenne umfasst.
  10. Werkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kommunikationsvorrichtung (14) eine Vorrichtung (42) zur Umwandlung von mechanischer Energie aus dem Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine (10) umfasst.
  11. Werkzeugmaschine (10) nach Anspruch 10
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Vorrichtung (42) zur Umwandlung von mechanischer Energie mindestens ein piezoelektrisches Element umfasst.
  12. Verfahren zur Gewinnung von Energie für eine Kommunikationsvorrichtung (14), die in einem Werkzeug (12) einer Werkzeugmaschine (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche angeordnet vorliegt
    gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
    a) Bereitstellung der Werkzeugmaschine (10) mit einem Werkzeug (12), wobei das Werkzeug (12) eine Kommunikationsvorrichtung (14) umfasst,
    b) Betrieb der Werkzeugmaschine (10),
    c) Gewinnung von Energie aus dem Betrieb der Werkzeugmaschine (10) durch die Kommunikationsvorrichtung (14),
    d) Aufzeichnung von Betriebsparametern der Werkzeugmaschine (10) und/oder des Werkzeugs (12) durch die Kommunikationsvorrichtung (14), wobei die für die Aufzeichnung der Betriebsparameter erforderliche Energie von der Kommunikationsvorrichtung (14) aus dem Betrieb der Werkzeugmaschine (10) gewonnen wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Energie, die aus dem Betrieb der Werkzeugmaschine (10) gewonnen wird, elektromagnetisch, thermisch und/oder mechanisch gewonnen wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Energie, die aus dem Betrieb der Werkzeugmaschine (10) gewonnen wird, unter Verwendung eines schwingungsfähigen Systems (30) gewonnen wird, wobei das schwingungsfähige System (30) zumindest einen Magneten (32) und eine Spule (34) aufweist.
  15. Verfahren nach Anspruch 14
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Energie aus dem Arbeitsprozess der Werkzeugmaschine (10) durch eine Relativbewegung zwischen Spule (34) und Magnet (32) gewonnen wird.
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